基于三維GIS的燃?xì)夤艿谰€路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

蘭芳

摘 要：在長輸管道線路設(shè)計(jì)過程中，線路的選擇至關(guān)重要，線路選擇是否合理直接關(guān)系到整個(gè)工程的建設(shè)質(zhì)量。目前線路路由的設(shè)計(jì)大都還停留在定性的水平，需要大量的外業(yè)踏勘工作，并且很大程度上依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。基于三維GIS技術(shù)的線路輔助設(shè)計(jì)軟件，能夠提高管道線路設(shè)計(jì)工作的數(shù)字化程度，推動(dòng)空間數(shù)據(jù)管理與分析技術(shù)在線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，在貼近真實(shí)空間環(huán)境、提高可視化程度上有了更進(jìn)一步的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿?輔助設(shè)計(jì) 業(yè)務(wù)分析

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）11（c）-0042-02

1 燃?xì)夤艿谰€路設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)分析

傳統(tǒng)燃?xì)夤艿谰€路設(shè)計(jì)的勘察與數(shù)據(jù)采集工作主要依靠人工完成，會(huì)耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力，工程效率較低，而且線路的設(shè)計(jì)工作主要依靠設(shè)計(jì)人員的主觀經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，選出來的線路缺乏客觀性，不夠科學(xué)合理。因此，需要一種新的技術(shù)方法來完善或者替代傳統(tǒng)的燃?xì)夤艿肋x線方法。

在長輸燃?xì)夤艿谰€路設(shè)計(jì)過程中，GIS技術(shù)可以將管道沿線的地面設(shè)施、地理環(huán)境、人文景觀、交通、水利、工程地質(zhì)和自然災(zāi)害等影響管道安全的因素和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫，而基于三維GIS技術(shù)，所展現(xiàn)的場(chǎng)景與真實(shí)環(huán)境更加貼切，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的空間虛擬可視化。

2 平臺(tái)總體架構(gòu)

基于GIS的線路設(shè)計(jì)平臺(tái)，主要由數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和功能層這3個(gè)部分組成，在數(shù)據(jù)層上建立多尺度、多內(nèi)容、多格式的空間和屬性數(shù)據(jù)庫；在應(yīng)用層采用“基礎(chǔ)框架+插件”的方式設(shè)計(jì)；在功能層則面向不同用戶提供定制化的客戶端界面程序。

3 管道線路設(shè)計(jì)三維應(yīng)用

基于GIS的線路設(shè)計(jì)平臺(tái)，以輔助燃?xì)夤艿谰€路工程設(shè)計(jì)為目標(biāo)，將線劃圖、掃描地形圖、數(shù)字高程模型、遙感影像圖、環(huán)境專題數(shù)據(jù)以及管道專業(yè)數(shù)據(jù)為主要內(nèi)容的多尺度、多來源的綜合共享數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了三維環(huán)境下的管道路線設(shè)計(jì)等功能。

3.1 基礎(chǔ)功能

基礎(chǔ)功能模塊包括導(dǎo)航漫游、空間查詢、三維飛行、飛行錄制、空間量測(cè)、空間分析等三維GIS基礎(chǔ)功能。

3.2 管道線路規(guī)劃

在三維地形地貌展示基礎(chǔ)上，可以根據(jù)需要疊加基礎(chǔ)地理矢量數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀管網(wǎng)數(shù)據(jù)、途經(jīng)地區(qū)地形地貌、河流、公路、鐵路等多處障礙設(shè)施，以三維可視化的方式直觀顯示線路走廊內(nèi)的各類型綜合圖形信息，輔助大范圍的線路路徑初步規(guī)劃。結(jié)合DEM數(shù)據(jù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二維、三維同步的設(shè)計(jì)場(chǎng)景。

該規(guī)劃為管線設(shè)計(jì)師們提供了繪制新管線，分割、合并、延伸、刪除、比較選擇較優(yōu)管線等管線走向設(shè)計(jì)功能，也提供了進(jìn)行管道沿線設(shè)施如站場(chǎng)、閥室、防腐、彎管等對(duì)象的布置工具業(yè)務(wù)流程和操作規(guī)范，遵循了管道設(shè)計(jì)人員原有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和操作習(xí)慣，在保證業(yè)務(wù)規(guī)范的基礎(chǔ)上盡可能地提供自動(dòng)化工具，以提高設(shè)計(jì)人員的工作效率和數(shù)據(jù)精度。

3.3 管線縱斷面分析

在燃?xì)夤艿肋x線中，坡度與地面起伏是影響線路走向的重要因素。平臺(tái)在數(shù)字高程模型DEM基礎(chǔ)上，依照管線中心線能夠動(dòng)態(tài)地生成縱斷面圖，并且在沿線設(shè)施對(duì)象布置過程中，實(shí)現(xiàn)了三維場(chǎng)景和縱斷面圖下的視覺聯(lián)動(dòng)。

管線縱斷面數(shù)據(jù)的獲取主要是依照一定的空間長度獲取管線節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)、地面高程等信息，先是根據(jù)管線段首尾節(jié)點(diǎn)、縱斷面線起止節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別確定各管線段方向和縱斷面線方向，然后確定各管線段與縱斷面線的夾角，再將各管線段的長度換算成在縱斷面線上的投影長度。根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求，可以采用數(shù)據(jù)抽稀算法對(duì)獲得高程點(diǎn)的密集程度進(jìn)行篩選。

3.4 線路方案比選

支持采用空間分析技術(shù)來對(duì)已經(jīng)完成的管道線路設(shè)計(jì)方案進(jìn)行自動(dòng)的工程量計(jì)算。系統(tǒng)能夠根據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行管道穿跨越統(tǒng)計(jì)，地形地貌類型解析，管材計(jì)算，土石方計(jì)算，征地統(tǒng)計(jì)，敏感地物統(tǒng)計(jì)等管道線路工程量統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并能夠?qū)⒔y(tǒng)計(jì)結(jié)果按照標(biāo)準(zhǔn)工程量表進(jìn)行輸出。

工程師通過工程量對(duì)比結(jié)果，在系統(tǒng)中進(jìn)行分割、合并、生成推薦管線等操作。

4 結(jié)論

在遵照燃?xì)夤艿谰€路設(shè)計(jì)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，建設(shè)了基于三維GIS的燃?xì)夤艿谰€路輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，利用三維GIS的空間表達(dá)與空間分析技術(shù)，為燃?xì)夤艿谰€路設(shè)計(jì)提供支撐。總的來說，三維GIS的燃?xì)夤艿谰€路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用，主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新及時(shí)

利用GIS技術(shù)和遙感攝影測(cè)量相結(jié)合，從原始資料、中間成果以及最后產(chǎn)品都是以數(shù)字形式存儲(chǔ)和表達(dá)，并且可生產(chǎn)出豐富的多元化數(shù)字產(chǎn)品，為燃?xì)夤艿谰€路設(shè)計(jì)提供具有時(shí)效性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.2 線路信息直觀明了

設(shè)計(jì)人員可以從電子地圖上得到線路周邊的詳細(xì)信息，包括地形、地貌、地質(zhì)和水文等，對(duì)沿線地表信息具有直觀認(rèn)識(shí)，并且能夠從宏觀上權(quán)衡線路周邊其他信息，做出宏觀角度的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

4.3 提高設(shè)計(jì)工作效率

采用GIS技術(shù)方法，可使大部分設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)到了室內(nèi)，不受天氣環(huán)境的影響，能夠減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短勘測(cè)設(shè)計(jì)周期，提高勘測(cè)質(zhì)量，加快工程進(jìn)度。

4.4 提高線路設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性、合理性

利用GIS技術(shù)進(jìn)行燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)工作，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供直觀的二維、三維選線場(chǎng)景，方便設(shè)計(jì)出多種線路方案，供決策支持者進(jìn)行擇優(yōu)選擇，而且可以綜合考慮所有的自然因素和社會(huì)因素，對(duì)于增強(qiáng)線路走向設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性，具有重要的意義。

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